04 Bioeletricidade

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Arlindo Ugulino Netto ● MEDRESUMOS 2016 ● BIOFÍSICA 
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BIOELETRICIDADE 
 
Assim como há um campo magnético entre duas placas carregadas 
com cargas opostas de um capacitor, as células vivas possuem uma 
diferença de potencial entre a superfície interna e externa da membrana 
plasmática. 
A Bioeletricidade ou Bioeletromagnetismo (algumas vezes também 
chamado de biomagnetismo) refere-se à voltagem estática de células 
biológicas e às correntes elétricas que fluem em tecidos vivos, tal como 
nervos e músculos, em conseqüência de potenciais de ação. A existência de 
potenciais elétricos através das membranas de todas as células do corpo é 
comprovada cientificamente, e algumas células como as do sistema nervoso 
(neurais) e as musculares são excitáveis, em outras palavras, são capazes de 
autogerar impulsos eletroquímicos em suas membranas. 
 Na figura abaixo, a célula “A” possui um potencial positivo registrado no valor de +85mV; isso se deve ao fato de 
o eletrodo ativo está localizado no lado externo da membrana. Já na celula “B”, o potencial é negativo (-85mV), pois o 
eletrodo ativo está localizado no interior da célula. Assim é possível concluir que na membrana celular existem cargas 
que determinam a voltagem da célula. 
 
 
 
POTENCIAL DE DIFUSÃO 
No exemplo ao lado, considera-se que no 
esquema (a), a membrana que separa os dois meios é 
impermeável tanto aos íons K+, Na+ e Cl-. Por isso o 
potencial registrado é nulo. Já em (b) a membrana é 
permeável aos íons Na+ que se encontram mais 
concentrado de um lado (150mM). Com isso haverá 
difusão do lado mais concentrado para o lado menos 
concentrado (15mM) até que seja atingido o equilíbrio. 
Contudo com a difusão, um lado fica mais negativo 
(porque perdeu Na+) e o outro positivo (recebeu Na+). 
Então o eletrodo ativo registra um potencial negativo de 
+59mV. Com isso pode-se concluir que um lado pode 
estar mais positivo que outro e ter a mesma concentração. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O mesmo pode acontecer com os ions K+, que estão mais concentrados de 
um lado (150mM) do que no outro (15mM). Assim haverá difusão do lado mais 
concentrado para o menos concentrado, o lado que “recebe” K+ fica positivo e o 
que “perde” fica negativo. Então como o eletrodo está posicionado no lado que 
perde K+ ele registrará um potencial negativo de -59mV. 
 
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POTENCIAL DE NERST 
O potencial de Nerst é determinado pela grandeza de um íon específico dentro e fora da célula (T=37ºC). Esse 
potencial se opõe ao potencial de difusão – quanto maior essa proporção, maior será a tendência que esse íon se 
difunda em uma direção e maior será o potencial de Nerst para impedir o potencial de difusão. 
 
(-) se íon for positivo 
(+) se o íon for negativo 
 
Ex: Para o K+, temos: 
 Vk+ = -61 . log [K+intracelular] Vk+ = -61 . log [140mEql
-1
] 
 [K+extracelular] [4mEql
-1
] 
 Vk+ = -61 . log35 
 Vk+ = -94mV 
 
Ex²: Para o Na+, temos: 
VNa+ = -61 . log [Na+intracelular] VNa+ = -61 . log [14mEql
-1
] 
 [Na+extracelular] [142mEql
-1
] 
 VNa+ = +61mV 
 
 
 
POTENCIAL DE REPOUSO / REGIME ESTACIONÁRIO / ESTADO FIXO 
Esse processo tem sua origem em um mecanismo simples, de alternância entre transporte ativo e passivo de 
íons. 
 Potencial de Difusão do K+: A membrana celular é mais permeável ao íon K+. Devido a diferença de 
concentração causada pela bomba de sódio e potássio, esses íons saem da célula para o meio exterior, por 
meio de canais volt-dependentes. A saída de K+ torna o meio interno da célula negativo e o externo positivo. O 
potencial calculado pelo potencial de Nerst é de -94mV, ou seja, 94mV mais negativo que o meio externo. 
 Potencial de Difusão do Na+: A membrana de uma fibra muscular é pouco permeável ao Na+, resultando em 
altas concentrações desse íon fora da célula e baixa dentro da célula, diferenca essa causada também pela 
bomba de sódio e potássio. Com isso com o excesso de íon K+ que sai da célula e pouco Na+ entra, aumenta a 
diferença das cargas no interior (-) e exterior (+). 
 Bomba de sódio e potássio: A bomba de sódio e potássio é a principal causadora da diferença de 
concentração entre os íons Na+ e K+, devido ao transpore ativo de 3 íons Na+ para o exterior e 2 K+ para o 
interior da célula, deixando assim um deficil de íons positivos na parte interior da célula. 
 
Na+ (externo)  142 mEq/l K+ (externo)  4 mEq/l 
Na+ (interno)  14 mEq/l K+ (interno)  140 mEq/l 
 
 
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OBS: Potencial de membrana e troca de íons durante um potencial de ação. A figura mostra mudanças do potencial de 
membrana de um seguimento de axônio e a continuação do estímulo. ENa+ e ENk+ são respectivamente os potenciais 
de equilíbrio para Na e K (B). O potencial de membrana primeiro aumentos como gated de voltagem canais de Na+ 
abrem. O potencial de membrana cai então debaixo de seu valor descansando como os canais de Na+ é inactivated e 
voltagem-gated canais de K+ abrem. As proteínas canais volt-dependentes de K+ são então desativadas, e a membrana 
retorna ao potencial de repouso. 
 
 
OBS: Célula Excitável e não excitável 
 
a) Célula Não Excitável: só é despolarizada com intervenção externa. Em 
seu metabolismo não há mecanismo para realizar um potencial de ação. Isto 
pode ser provado aplicando uma voltagem igual ao da célula, com polaridade 
trocada. Essa voltagem vai anular o potencial de repouso da célula. Se a 
voltagem da pilha for retirada a celula voltará ao estágio de repouso. 
 
 
 
 
 
 
b) Célula Excitável: O próprio metabolismo da 
célula é capaz de se despolarizar e condizir um 
impulso caso ela seja excitada por uma voltagem 
externa. 
 
 
 
 
 
 
POTENCIAL DE AÇÃO 
Para que uma célula seja despolarizada e conduza o impulso nervoso, é necessário que esta seja estimulada. 
Esse estímulo pode ser físico (elétrico, pressão, calor) ou químico (neurotransmissores). Além disso, o estímulo deve 
ultrapassar o limiar de excitação, uma vez que as fibras nervosas obedecem a “Lei do Tudo ou Nada”. 
O potencial de ação ocorre em três etapas: (1) despolarização, (2) inversão e (3) repolarização. 
1) Despolarização: Nessa fase a membrana fica mais permeável aos ions sódio, permitindo que grande desses 
íons entre na célula. Com isso o estado normal de -90mV é neutralizado devido ao influxo dos íons sódio com 
carga positiva. Isso deixa a célula despolarizada em estado neutro. (Vm=0) 
2) A continuidade na entrada de Na+ caracteriza a inversão deixando o interior da membrana positivo. 
3) Na repolarização segundos após a despolarização, os canais de sódio começam a se fechar e os canais de K+ 
se abrem mais que o normal. Então a rápida difusão dos íons K+ para o exterior restabelece o potencial de 
repouso da membrana, carcterizando a repolarização. 
 
 
 
 
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O fluxo não tem direção única de propagação, mas o potencial trafega em todas as direções para longe do 
estímulo – mesmo pelas ramificações da fibra nervosa – até que toda a membrana tenha sido despolarizada. 
 
 
REGISTRO MONOFÁSICO DO POTENCIAL DE AÇÃO NEURAL 
V0 Potencial de Repouso 
VL Voltagem Limiar: é a voltagem minima para que a fibra nervosa seja 
estimulada para haver o potencial de ação. 
1. Despolarização 
2. Vm=0 (célula despolarizada) 
3. Inversão 
4. Valor máximo de positividade: inversão máxima de cargas 
5. Repolarização: fechamento dos canais de Na+ e abertura 
dos canais de K+. 
6. Etapa pós-potencial: causado devido a ação da bomba de 
sódio e potássio (3Na+ perdidose 2K+ ganhos pela célula). 
 
 
 
OCILOSCÓPIO 
 
 
É um tipo comum de mediador capaz de responder corretamente 
às rapidas variações de potencial da membrana. O sistema de placas 
verticais e horizontais são responsáveis por mover o feixe de eletrons 
(de acordo com a mudança de voltagem gerada pelo potencial de ação), 
os quais sensibilizam o material fluorescente descrevfendo um registro 
de voltagem monofásico em função do tempo. 
 
OBS: O artefato de estimulo é registro causado pelo estimulo elétrico 
utilizado para desencadear o potencial de ação na fibra. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
PERÍODO REFRATÁRIO 
Corresponde ao perído de tempo em que a fibra está conduzindo um potencial de ação (despolarizada). Nesse 
período a fibra nervosa não poderá ser estimulada até que sofra a repolarização. Então o período refratário é o tempo 
que a fibra demora para se repolarizar. 
 
 
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No 1° exemplo o período refratário é longo em a relação à fibra ao seu lado, por isso tem 
uma frequência estimulatória menor. Já no exemplo 2 o período de refração é mais rápido e célula 
sai da despolarização e se repolariza podendo ser estimulada mais uma vez. Assim devido ao 
baixo período refratário (P.R.), maior será a frequência de estimulação (F.E.). 
 
 
CÉLULAS DE SCHWANN E CONDUÇÃO SALTATÓRIA 
 As células de Schawann são células da Glia do tecido nervoso. Elas 
revestem o axônio, formando a chamada bainha de mielina, servindo de 
isolante elétrico, aumentando a propagação do impulso. 
A membrana do axônio é envolvida pela célula de Schwann, cuja a 
membrana é rica em uma lipoproteína mielina (isolante elétrico). Entre uma 
bainha de mielina e outra encontram-se o nodo de ranvier, é através desse 
nodo de ranvier que ocorre a despolarização, ocorrendo o impulso 
saltatório. Essa condução saltatória conduz o impulso mais rapidamente, e 
conserva energia para o axônio. 
 
 Doenças dismielinizantes cursam com redução do revestimento do 
axônio, o que diminui a condução saltatória e prolonga o tempo de 
transmissão do impiulso nervoso. Isso faz com que o paciente 
curse com redução da função neurológica do nervo correspondente 
(paralisias, parestesias, etc.). 
 
 
SINAPSE NERVOSA 
 O neurônio é a celula do sistema nervoso responsavel por captar os impulsos nervosos. O seu citoplasma 
(axoplasma) é responsável por sintetizar vesículas contendo neurotransmissores, que são encaminhados ao botão 
sináptico. Guiadas e estimuladas pelo Ca
+2
, essas vesículas liberam esses neurotransmissores na fenda sináptica, 
propagando o impulso para os dendritos de um outro neurônio. 
 A sinapse propriamente dita é justamente o espaço entre a célula pré-sinaptica e a célula pós-sináptica, a qual 
possui receptores para os neurotransmissores liberados para dar continuidade ao impulso. 
 
↑F.E. α _1_ 
 ↓P.R. 
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 As sinapses nervosas podem ser de dois tipos: 
a) Sinapses excitatórias: se o neurotransmissor liberado pela célula pré-sinaptica tiver uma natureza quimica 
excitatória (epinefrina, acetil-colina) ele estimula a célula pós-sináptica a abrir os canais de Na+ gerando assim 
um potencial de ação nesse segundo neurônio, dando continuidade ao impulso. 
b) Sinapses inibitórias: se os neurotransmissores tiverem uma natureza quimica inibitória (glicina) ele bloqueia o 
potencial de ação, fazendo com que a célula pós sinaptica seja mais permeável ao Cl- e ao K+, gerando uma 
hiperpolarização, negativando ainda mais o potencial interno da membrana, deprimindo o neurônio, deixando-o 
absolutamente incapaz de propagar o impulso. 
 
 
 
OBS: A condução normal do estímulo nervoso depende, 
basicamente, de dois fenômenos para que ocorra de forma 
normal: a somação temporal e a somação espacial. 
 Somação temporal: afirma que o potencial de cada 
neurônio está relacionado com o potencial de 
despolarização. 
 Somação espacial: afirma que o potencial dos 
neurônios está relacionado com seu número de 
fibras. 
 
 
POTENCIAL DE AÇÃO CARDÍACA 
 O potencial de ação do miocárdio diferencia-se do tecido 
nervoso pois o primeiro ao ser estimulado tem uma maior duração (que 
é a fase de Platô), enquanto o segundo despolariza e repolariza 
rapidamente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
O potencial de ação no músculo esquelético é causado pela súbita 
abertura dos canais de sódio havendo influxo do mesmo para dentro das fibras. 
Eles são rápidos pois permanecem abertos por um curto período de tempo e 
fecham abruptamente. Ao final do processo ocorre a repolarização. Já no musculo 
cardíaco, o potencial de ação é originado pela abertura de dois tipos de canais: (1) 
os mesmos canais de rápidos, tais como no músculo esquelético, e (2) os canais 
lentos de cálcio. 
Devido à lentidão na baertura possibilita uma maior entrada de cálcio 
mantendo o período de despolarização prolongado, causando o platô do potencial 
de ação cardíaco. Os íons cálcio ativam o processo de contração muscular. Além 
disso, no período de repolarização, ocorre a abertura dos canais lentos de potássio 
se abrindo de forma completa até o fim da fase de platô.